高壓電纜鋼鎧及金屬屏蔽層接地問題淺析

王旭升 溫克波

（山東省黃金電力公司，山東萊州 261441）

高壓電纜鋼鎧及金屬屏蔽層接地問題淺析

王旭升 溫克波

（山東省黃金電力公司，山東萊州 261441）

在某礦山供電系統中，發生了一起35kV出線電纜故障導致開關速斷保護跳閘的故障。技術人員對電纜線路進行故障點查找，發現B、C相各有一根電纜故障接地，故障點在電纜線路和架空線路連接處鐵塔下10m以內。工作人員對故障電纜進行解除，對電纜故障點進行人工開挖，發現B、C相各一根電纜發生絕緣層擊穿現象，外護套小面積燒傷導致A相一根電纜外護套及鎧裝層損傷。聯系設計院及廠方技術人員，對故障點進行做電纜中間頭處理。結合此次電纜故障，筆者對35kV高壓單芯電纜的銅屏蔽及鎧裝接地問題進行簡單的技術分析。

高壓電纜 金屬屏蔽 接地問題

高壓電力電纜的銅屏蔽和鋼鎧一般都需要接地，兩端接地和一端接地有什么區別？制作電纜終端頭時，鋼鎧和銅屏蔽層能否焊接在一塊？制作電纜中間頭時，鋼鎧和銅屏蔽層能否焊接在一塊？

為什么金屬屏蔽層非得要接地呢？電力安全規程規定：35kV及以下電壓等級的電纜都采用兩端接地方式，這是因為這些電纜大多數是三芯電纜，在正常運行中，流過三個線芯的電流總和為零，在鋼鎧或金屬屏蔽層外基本上沒有磁鏈，這樣，在鋼鎧或金屬屏蔽層兩端就基本上沒有感應電壓，所以兩端接地后不會有感應電流流過鋼鎧或金屬屏蔽層。但是當電壓超過35kV時，大多數采用單芯電纜，單芯電纜在通電運行時，在屏蔽層會形成感應電壓，如果兩端的屏蔽同時接地，在屏蔽層與大地之間形成回路，會產生感應電流，這樣電纜屏蔽層會發熱，損耗大量的電能。如果銅屏蔽及鋼鎧不接地，使電纜芯線-交聯聚乙烯-金屬屏蔽層之間的電容C1與金屬屏蔽層-電纜外皮-大地間的電容C2形成了串聯回路，相當于構成了一個電壓分壓器，如圖1所示。

電纜芯線導體上的電壓為系統運行電壓，即U1=35/√3 kV，因此銅屏蔽對地電壓為：

U2=U1×C1/（C1+C2）

如果金屬屏蔽層上的對地電壓超過其對地絕緣承受能力，就會發生擊穿放電現象，一旦放電金屬屏蔽層通過電弧通道接地，銅屏蔽上的電荷得到釋放，因而電壓立刻降低，電弧熄滅，電容C2又重新充電，直到電壓達到絕緣的擊穿電壓再次放電，這樣周而復始發生間歇性電弧放電現象。

感應電壓的大小與電纜線路的長度和流過導體的電流成正比，電纜很長時，護套上的感應電壓疊加起來可達到危及人身安全的程度，在線路發生短路故障、遭受操作過電壓或雷電沖擊時，屏蔽上會形成很高的感應電壓，甚至可能擊穿護套絕緣。

圖1　等效電路圖

此時，如果仍將鋼鎧或金屬屏蔽層兩端三相互聯接地，則鋼鎧或金屬屏蔽層將會出現很大的環流，其值可達線芯電流的50%--95%，形成損耗，使鋼鎧或金屬屏蔽層發熱，這不僅浪費了大量電能，而且降低了電纜的載流量，并加速了電纜絕緣老化，因此單芯電纜不應兩端接地。然而，當鋼鎧或金屬屏蔽層有一端不接地后，接著帶來了下列問題：當雷電流或過電壓波沿線芯流動時，電纜鋼鎧或金屬屏蔽層不接地端會出現很高的沖擊電壓；在系統發生短路時，短路電流流經線芯時，電纜鋼鎧或金屬屏蔽層不接地端也會出現較高的工頻感應電壓，在電纜外護層絕緣不能承受這種過電壓的作用而損壞時，將導致出現多點接地，形成環流。甚至由于發熱導致電纜主絕緣被擊穿，造成電纜接地的事故。因此，在采用一端互聯接地時，必須采取措施限制護層上的過電壓，安裝時應根據線路的不同情況，按照經濟合理的原則在鋼鎧或金屬屏蔽層的一定位置采用特殊的連接和接地方式，并同時裝設護層保護器，以防止電纜護層絕緣被擊穿。

高壓單芯電纜線路安裝時，應該按照GB50217-1994《電力工程電纜設計規程》的要求采取特殊的接地方式。 一般應按照具體線路選擇不同的接地方式，常用的方式有：

（1）金屬屏蔽層一端直接接地，另一端通過護層保護器接地；

（2）金屬屏蔽層中點直接接地，兩端通過護層保護器接地；

（3）金屬屏蔽層一端直接接地，電纜中間護層交叉互聯接地，另一端通過護層保護器接地；

（4）金屬屏蔽層一端直接接地，若干個護層交叉互聯接地，金屬屏蔽層中點直接接地，若干個護層交叉互聯接地，另一端金屬屏蔽層直接接地；

（5）金屬屏蔽層兩端直接接地（僅適用于短電纜和小負載電纜）。

GB50217-1994《電力工程電纜設計規程》的要求，單芯電纜線路的金屬護套只有一點接地時，金屬護套任一點的感應電壓不應超過50-100V（未采取不能任意接觸金屬護套的安全措施時不大于50V；如采取了有效措施時，不得大于100V），并應對地絕緣。如果大于此規定電壓時，應采取金屬護套分段絕緣或絕緣后連接成交叉互聯的接線。為了減小單芯電纜線路對鄰近輔助電纜及通信電纜的感應電壓，應盡量采用交叉互聯接線。對于電纜長度不長的情況下，可采用單點接地的方式。為保護電纜護層絕緣，在不接地的一端應加裝護層保護器。

本次故障電纜采用的接地方式為一端直接接地，另一端加保護器接地。

在電纜的電纜頭制作時，將鋼鎧和銅屏蔽層分開焊接接地，是為了便于檢測電纜內護層的好壞，在檢測電纜護層時，鋼鎧與銅屏蔽間通上電壓，如果能承受一定的電壓就證明內護層是完好無損。如果沒有這方面的要求，用不著檢測電纜內護層，也可以將鋼鎧與銅屏蔽層連在一起接地（提倡分開引出后接地）。